Transferencia de carga de intervalo de Cr³⁺

Centro de publicaciones ligeras, Instituto de Óptica, Mecánica Fina y Física de Changchun, CAS

imagen: a, espectros PL de LaMgGa₁₁-xO₁₉:xCr³⁺ (x=0-2) bajo excitación de 440 nm. b, intensidades de luminiscencia de NIR-Ⅰ y NIR-Ⅱ versus concentración de Cr³⁺; c, espectros PLE de monitoreo de LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.7Cr³⁺ a 890 y 1200 nm. Las señales de excitación resultan de las transiciones del ion Cr³⁺ aislado. d, Curva de reflectancia difusa criogénica (80 K) UV-Vis-NIR que valida que no se puede rastrear ninguna absorción de ion Cr⁴⁺. e, curvas XPS de muestras de Cr₂O₃, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ y LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ que no validan ningún cambio químico. f, curvas EPR de muestras de LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ y LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺. En (f), la señal de resonancia amplia con g de 1,96 se atribuye al par Cr³⁺-Cr³⁺, lo que indica una fuerte interacción entre los iones Cr³⁺.ver más

Crédito: por Shengqiang Liu, Jingxuan Du, Zhen Song, Chonggeng Ma, Quanlin Liu

El espectro del infrarrojo cercano (NIR) contiene bandas de absorción vibratoria características de numerosos grupos funcionales orgánicos. Los diodos emisores de luz (pc-LED) convertidos en fósforo NIR han despertado un interés creciente en campos que incluyen las pruebas no destructivas y la visión nocturna. En 2016, Osram presentó el primer PC-LED NIR, SFH4735, con baja potencia de salida (16 mW a 350 mA) y longitudes de onda limitadas. Además, los agentes de contraste luminiscentes que operan dentro de la segunda ventana de imágenes biológicas (1000-1800 nm) exhiben menores coeficientes de absorción y dispersión del tejido en contraste con la primera ventana tradicional (750-950 nm), lo que permite una mayor profundidad de detección y una mejor señal de imágenes. -proporción de ruido. Significativamente, la luminiscencia del Cr3+ mediante la ingeniería del entorno del campo cristalino se ubica en la región NIR-Ⅰ, como lo ilustra el diagrama de Tanabe-Sugano. La presencia de Cr4+ ([Ar]3d2) es capaz de extender la emisión a la región NIR-Ⅱ, pero la eficiencia es deficiente debido a la deficiente extinción térmica de la luminiscencia a temperatura ambiente. Por el contrario, los fósforos dopados con iones lantánidos suelen exhibir emisiones de multipletes de banda estrecha, lo que hace que la sintonización espectral sea una tarea desafiante. Por lo tanto, resulta crucial investigar métodos para lograr luminiscencia NIR-Ⅱ de banda ancha mediante dopaje iónico y composición estructural.

En un nuevo artículo publicado en Light Science & Application, un equipo de investigadores, dirigido por el profesor Quanlin Liu de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, China, y sus compañeros de trabajo han desarrollado el primer NIR- Ⅱ luminiscencia de banda ancha basada en la transferencia de carga de intervalo (IVCT) de Cr3+-Cr3+ → Cr2+,Cr4+ en LaMgGa11O19 de tipo magentoplombita. Basado en una gran incorporación de iones Cr3+, LaMgGa11O19 exhibe emisión dual (NIR-Ⅰ, 890 nm y NIR-Ⅱ, 1200 nm) con un ancho total a la mitad del máximo (FWHM) de 626 nm y una eficiencia de luminiscencia externa del 18,9 %. Además, observaron el comportamiento de extinción antitérmica de la luminiscencia (432 % a 290 K frente a @80 K) de la luminiscencia NIR-Ⅱ objetivo.

Observaron la luminiscencia NIR-Ⅰ a baja concentración de iones Cr3+, mientras que la luminiscencia NIR-Ⅱ aparece cuando la concentración de iones Cr3+ aumenta a 0,5. Con una alta concentración de dopaje de iones Cr3+, no se pueden rastrear las señales de excitación y absorción de los iones Cr4+. Además, a diferencia de los iones Cr4+, ​​descubrieron una vida útil de desintegración de luminiscencia significativamente más larga (2,3 ms) asociada con esta luminiscencia NIR-Ⅱ anómala. La posible aplicación del fósforo LaMgGa11O19:Cr3+ como convertidor emisor de luz en análisis no destructivos, penetración de tejidos y visión nocturna a larga distancia se demuestra mediante la fabricación de un pc-LED NIR.

Ciencia de la luz y aplicaciones

10.1038/s41377-023-01219-x

25-jul-2023

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